(57)【要約】【課題】  短い計算時間で、高精度のシミュレーション結果を得る。【解決手段】  シミュレーションモデル６は、変形を模擬するための変形解析部６ａと、変形解析部６ａに作用する力を模擬するための作用力付与部６ｂとから構成される。変形解析部６ａは、所定の大きさの有限要素からなり弾塑性有限要素法によって解析される有限要素部６１を備え、作用力付与部６ｂは、有限要素部６１に作用する外力を規定する変位バネ６４ａ及び回転バネ６４ｂからなるバネモデル６４を備えている。【選択図】      図３
2006004258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の形状を有する構造物に外力が作用する場合の前記構造物の変形を弾塑性有限要素法を用いて求めるシミュレーション方法であって、
前記構造物の一部の領域が所定の大きさの有限要素に分割された有限要素解析部と前記構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件をバネモデルを用いて設定し、前記有限要素解析部について弾塑性有限要素法による解析を行うことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記バネモデルは、前記有限要素解析部の前記境界面の変位を規制する変位バネモデルと、
前記有限要素解析部の前記境界面の回転を規制する回転バネモデルとからなることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
【請求項３】
前記変位バネモデル及び回転バネモデルは、予め、前記構造物の全体を所定の大きさの有限要素に分割して弾塑性有限要素法を用いたシミュレーションである全体シミュレーションによって得られた前記境界面における所定時間毎の変位量及び作用力値と、所定時間毎の回転角値及び作用モーメント値とをそれぞれ用いてバネ特性を設定することを特徴とする請求項２に記載のシミュレーション方法。
【請求項４】
前記境界面は、前記全体シミュレーションにおいて変形量が所定範囲以下の領域内に設定されていること特徴とする請求項３に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記有限要素解析部は、前記境界面が平面状となるべくその領域が設定されており、
前記境界条件を、前記有限要素解析部と前記バネモデルとの間に、前記境界面に沿った平面状の剛体を介設させて設定することを特徴とする請求項４に記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
前記平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系を設定し、
前記変位バネモデルは、前記直交座標系を構成するいずれかの軸方向に関する前記境界面の変位を規制する少なくとも１の変位バネからなるモデルであり、
前記回転バネモデルは、前記直交座標系を構成するいずれかの軸周りに関する前記境界面の回転を規制する少なくとも１の回転バネからなるモデルであることを特徴とする請求項５に記載のシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の形状を有する構造物に外力が作用する場合の前記構造物の変形を弾塑性有限要素法を用いて求めるシミュレーション方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の形状を有する構造物に外力が作用する場合の前記構造物の変形については、前記構造物が鋼材等の弾塑性体からなる場合には、いわゆる弾塑性有限要素法を用いて求められている。この弾塑性有限要素法を用いる場合には、構造物を模擬する有限要素を充分に細かく設定することによってシミュレーション精度を高めることができる。
【０００３】
しかし、構造物を模擬する有限要素を細かく設定する程、シミュレーションに要する時間（すなわち、計算時間）が膨大となるため、種々の条件（例えば、種々の外力の条件）でシミュレーションを行うことが困難になるという課題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の課題に対処する方法として、シミュレーションを行う対象である構造物の一部（以下、有限要素解析部という）に対して弾塑性有限要素法によるシミュレーションを行う方法が提案されている。この場合には、シミュレーションに要する時間は、有限要素解析部の構造物全体に占める割合に応じて変化するが、構造物全体について弾塑性有限要素法によるシミュレーションを行う場合と比較して大幅に計算時間が短縮される。ただし、この方法を適用するためには、前記有限要素解析部と構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件を設定する必要がある。
【０００５】
この境界条件の設定方法として、境界面を固定する方法か、又は、境界面の所定時間毎の変位を設定する方法が用いられているが、いずれの場合にも、充分なシミュレーション精度が得られないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、計算時間が短く、且つ、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーション方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載のシミュレーション方法は、所定の形状を有する構造物に外力が作用する場合の前記構造物の変形を弾塑性有限要素法を用いて求めるシミュレーション方法であって、前記構造物の一部の領域が所定の大きさの有限要素に分割された有限要素解析部と前記構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件をバネモデルを用いて設定し、前記有限要素解析部について弾塑性有限要素法による解析を行うことを特徴としている。
【０００８】
この方法によれば、構造物の一部の領域が所定の大きさの有限要素に分割された有限要素解析部と構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件がバネモデルを用いて設定され、有限要素解析部について弾塑性有限要素法による解析が行われる。
【０００９】
このようにして、有限要素解析部と構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件がバネモデルを用いて設定されるため、境界条件の自由度が高められ、計算時間が短く、且つ、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００１０】
請求項２に記載のシミュレーション方法は、前記バネモデルが、前記有限要素解析部の前記境界面の変位を規制する変位バネモデルと、前記有限要素解析部の前記境界面の回転を規制する回転バネモデルとからなることを特徴としている。
【００１１】
この方法によれば、バネモデルが、有限要素解析部の境界面の変位を規制する変位バネモデルと、有限要素解析部の境界面の回転を規制する回転バネモデルとからなるため、有限要素解析部の境界面の変位及び回転が規制される。
【００１２】
このようにして、有限要素解析部の境界面の変位及び回転が規制されるため、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００１３】
請求項３に記載のシミュレーション方法は、前記変位バネモデル及び回転バネモデルが、予め、前記構造物の全体を所定の大きさの有限要素に分割して弾塑性有限要素法を用いたシミュレーションである全体シミュレーションによって得られた前記境界面における所定時間毎の変位量及び作用力値と、所定時間毎の回転角値及び作用モーメント値とをそれぞれ用いてバネ特性を設定することを特徴としている。
【００１４】
この方法によれば、変位バネモデル及び回転バネモデルが、予め、構造物の全体を所定の大きさの有限要素に分割して弾塑性有限要素法を用いたシミュレーションである全体シミュレーションによって得られた境界面における所定時間毎の変位量及び作用力値と、所定時間毎の回転角値及び作用モーメント値とをそれぞれ用いてバネ特性が設定される。
【００１５】
このようにして、有限要素解析部の境界面の変位及び回転をそれぞれ規制する変位バネモデル及び回転バネモデルのバネ特性が、全体シミュレーションによって得られた境界面における所定時間毎の変位量及び作用力値と、所定時間毎の回転角値及び作用モーメント値とをそれぞれ用いて設定されるため、シミュレーションの精度に影響の大きい変位バネモデル及び回転バネモデルのバネ特性が適正に且つ容易に設定される。
【００１６】
従って、有限要素解析部の境界面の変位及び回転をそれぞれ規制する変位バネモデル及び回転バネモデルのバネ特性が適正に且つ容易に設定されるため、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００１７】
請求項４に記載のシミュレーション方法は、前記境界面が、前記全体シミュレーションにおいて変形量が所定範囲以下の領域内に設定されていること特徴としている。
【００１８】
この方法によれば、有限要素解析部の境界面が、全体シミュレーションにおいて変形が所定範囲以下の領域内に設定される。
【００１９】
ここで、構造物の有限要素解析部に含まれる領域は、変形量が大きい場合（特に、複雑な変形をする場合）であっても、弾塑性有限要素法を用いて解析されるため変形が正確にシミュレートされ得る。これに対して、有限要素解析部の境界面は変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されているため、変形量が大きい場合の変形状態を正確にシミュレートすることは困難である。
【００２０】
従って、有限要素解析部の境界面が、全体シミュレーションにおいて変形が所定範囲以下の領域内に設定されるため、有限要素解析部の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００２１】
請求項５に記載のシミュレーション方法は、前記有限要素解析部が、前記境界面が平面状となるべくその領域が設定されており、前記境界条件を、前記有限要素解析部と前記バネモデルとの間に、前記境界面に沿った平面状の剛体を介設させて設定することを特徴としている。
【００２２】
この方法によれば、有限要素解析部が、構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面が平面状となるべくその領域が設定されており、境界面の境界条件が、有限要素解析部とバネモデルとの間に、境界面に沿った平面状の剛体を介設させて設定される。
【００２３】
このようにして、境界面の境界条件が、有限要素解析部とバネモデルとの間に、境界面に沿った平面状の剛体を介設させて設定されるため、有限要素解析部の境界面側の端面には、バネモデルからの応力が適度に分散して作用する。
【００２４】
従って、有限要素解析部の境界面側の端面にバネモデルからの応力が適度に分散して作用するため、有限要素解析部の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００２５】
請求項６に記載のシミュレーション方法は、前記平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系を設定し、前記変位バネモデルが、前記直交座標系を構成するいずれかの軸方向に関する前記境界面の変位を規制する少なくとも１の変位バネからなるモデルであり、前記回転バネモデルが、前記直交座標系を構成するいずれかの軸周りに関する前記境界面の回転を規制する少なくとも１の回転バネからなるモデルであることを特徴としている。
【００２６】
この方法によれば、境界面に沿った平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系が設定されている。そして、変位バネモデルが、この直交座標系を構成するいずれかの軸方向に関する境界面の変位を規制する少なくとも１の変位バネからなるモデルであり、回転バネモデルが、直交座標系を構成するいずれかの軸周りに関する境界面の回転を規制する少なくとも１の回転バネからなるモデルである。
【００２７】
変位バネモデルが、境界面に沿った平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系を構成するいずれかの軸方向に関する境界面の変位を規制するモデルであるため、外力の作用位置、作用方向及び構造物の形状の対称性に起因して、いずれかの軸方向に関する境界面の変位量が微小となる場合があり、設定する変位バネモデルの個数が削減可能となり、モデルの解析が容易となる。
【００２８】
また、回転バネモデルが、境界面に沿った平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系を構成するいずれかの軸周りに関する境界面の回転を規制するモデルであるため、外力の作用位置、作用方向及び構造物の形状の対称性に起因して、いずれかの軸周りに関する境界面の回転角が微小となる場合があり、設定する回転バネモデルの個数が削減可能となり、モデルの解析が容易となる。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１に記載のシミュレーション方法によれば、有限要素解析部と構造物の有限要素解析部以外の領域との境界面における境界条件がバネモデルを用いて設定されるため、境界条件の自由度が高められ、計算時間が短く、且つ、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことができる。
【００３０】
請求項２に記載のシミュレーション方法によれば、有限要素解析部の境界面の変位及び回転が規制されるため、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことができる。
【００３１】
請求項３に記載のシミュレーション方法によれば、有限要素解析部の境界面の変位及び回転をそれぞれ規制する変位バネモデル及び回転バネモデルのバネ特性が適正に且つ容易に設定されるため、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことができる。
【００３２】
請求項４に記載のシミュレーション方法によれば、有限要素解析部の境界面が、全体シミュレーションにおいて変形が所定範囲以下の領域内に設定されるため、有限要素解析部の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことができる。
【００３３】
請求項５に記載のシミュレーション方法によれば、有限要素解析部の境界面側の端面にバネモデルからの応力が適度に分散して作用するため、有限要素解析部の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことができる。
【００３４】
請求項６に記載のシミュレーション方法によれば、変位バネモデル及び回転バネモデルが、境界面に沿った平面状の剛体を含む平面内に２つの軸が含まれる直交座標系を構成するいずれかの軸方向の境界面の変位及び回転をそれぞれ規制するモデルであるため、外力の作用位置、作用方向及び構造物の形状の対称性に起因して、いずれかの軸方向（または軸周り）に関する境界面の変位量（または回転角）が微小となる場合があり、設定する変位バネモデル及び回転バネモデルの個数が削減可能となり、モデルを容易に解析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１〜図１９を用いて、本発明の一実施形態に係るシミュレーション方法及びこのシミュレーション方法を用いてシミュレーションを実行するシミュレーション装置について説明する。シミュレーション装置１（図４参照）は、所定の形状を有する構造物に外力が作用する場合の、構造物の変形を模擬的に求めるものである（図１参照）。
【００３６】
図１は、シミュレーションの対象となる構造物の一例を示す概念図（平面図）である。シミュレーションの対象は、角形鋼管からなる井桁構造体２に円筒形状の剛体３が衝突する場合の井桁構造体２の変形（主に、変形量）である。井桁構造体２は、図の右上部に断面図を示すように、厚さ１．６ｍｍ、一辺の長さ７０ｍｍの角形鋼管（ここでは、継目無鋼管）からなるものであって、２本の横梁２１、２２と、４本の縦梁２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂとが溶接等によって固定されたものであって、質量が１００ｋｇである。
【００３７】
図に示すように、２本の横梁２１、２２は、長さ２０００ｍｍであって、外寸が１０００ｍｍとなるように平行に配設されている。その状態を支持するように、４本の縦梁２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの内、外側の縦梁２３ａ，２３ｂは、外寸が２０００ｍｍとなるように平行に配設され、内側の縦梁２４ａ，２４ｂは、内寸が１０００ｍｍとなるように平行に配設されている。
【００３８】
図の左上部に直交座標系を示している。剛体３は、外寸が半径１５０ｍｍの円筒形状で長さは７０ｍｍ以上（井桁構造体２の横梁２１のＺ軸方向全領域で衝突するに充分な長さ）であって、質量がＭ（ｋｇ）（ここで、Ｍ＝２００、１００、５０）である。また、剛体３は、井桁構造体２の対称軸ＣＬに沿って、Ｙ軸の負の向き（図の下向き）に速度１０ｍ／秒で移動し、井桁構造体２の横梁２１の中央位置に衝突する。なお、ここでは、便宜上、重力の影響は考慮しないものとする。すなわち、無重力空間内で、静止した井桁構造体２に所定の速度（ここでは、１０ｍ／秒）で剛体３が衝突する場合をシミュレーションの対象とする。また、剛体３は、いわゆる完全剛体であって、外力が作用しても弾性変形も塑性変形も含めて全く変形しない仮想的なものである。
【００３９】
図２は、図１に示す井桁構造体２の横梁２１の中央部２０（図１参照）の変形形状の一例を示す図である。ここでは、仮想３次元空間において、井桁構造体２の横梁２１の中央部２０（図１参照）に相当する仮想井桁構造体４の横梁部４１の中央に、剛体３に相当する仮想剛体５が衝突した場合の仮想井桁構造体４の変形を、井桁構造体２に相当する仮想井桁構造体４の全体を所定の大きさ（例えば、一辺が５ｍｍの立方体）の有限要素に分割して、弾塑性有限要素法を用いてシミュレーション（このシミュレーションを、ここでは、全体シミュレーションという）にて解析した結果について説明する。図の（ａ）は、剛体３（仮想剛体５）の横梁部４１への衝突直前の状態（変形前）であり、（ｂ）は、質量Ｍが２００ｋｇの剛体３（仮想剛体５）が横梁部４１に衝突した後の状態である。
【００４０】
（ｂ）に示すように、井桁構造体２の横梁２１は４本の縦梁２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂで支持されているため、剛体３が衝突した場合には、横梁２１の中央部２０の端部に縦梁２３ａ，２３ｂからのせん断力が作用し、横梁部４１の端部４２近傍の領域ＡＲ２には、大きな塑性変形が発生している。また、仮想剛体５が衝突する横梁部４１の中央部の領域ＡＲ１にも大きな塑性変形が発生している。
【００４１】
本発明に係るシミュレーション方法では、仮想井桁構造体４を、弾塑性有限要素法を用いて解析する有限要素解析部とバネ等の物理モデルで表現される領域とに分割する。有限要素解析部として、ここでは、仮想剛体５が衝突する横梁部４１の中央部の領域ＡＲ１を含む領域を設定するが、この場合には、有限要素解析部の境界面の近傍領域は、境界面がバネ等の物理モデル（後述する変位バネモデル及び回転バネモデル）によって規制されているため、変形量が大きい場合の変形状態を正確にシミュレートすることは困難である。
【００４２】
従って、本発明に係るシミュレーション方法では、有限要素解析部の境界面を、全体シミュレーションにおいて変形が所定範囲以下の領域内に設定することによって、有限要素解析部の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデルによって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下を回避（又は抑制）する。ここでは、有限要素解析部の境界面を、横梁部４１の端部４２近傍の領域ＡＲ２を含まない領域として、横梁部４１の端面から距離Ｌ２２（例えば、６０ｍｍ）の位置に設定するものとする。すなわち、有限要素解析部４３を、横梁部４１の中央部の長さＬ２１（８８０ｍｍ＝１０００ｍｍ−６０ｍｍ×２）の領域として設定する。
【００４３】
図３は、本発明に係るシミュレーション方法が適用される仮想井桁構造体４のシミュレーションモデルの一例を示す概念図である。（ａ）は、シミュレーションモデルの全体概念図であり、（ｂ）は、後述する変形解析部６ａの説明図であり、（ｃ）は、後述する作用力付与部６ｂの説明図である。（ａ）に示すように、シミュレーションモデル６は、横梁部４１の変形を模擬するための変形解析部６ａと、横梁部４１（変形解析部６ａ）に作用する力を模擬するための作用力付与部６ｂとから構成される。変形解析部６ａは、横梁部４１の中央部の長さＬ２１の全領域（すなわち、有限要素解析部４３）を弾塑性有限要素法によって解析する有限要素解析部とする形態でもよいが、ここでは、シミュレーションに要する計算時間を削減するために、変形の形態が単純である領域については、ビーム要素を用いてモデル化して弾塑性有限要素法を用いて解析する領域を狭くしている。
【００４４】
すなわち、変形解析部６ａは、弾塑性有限要素法によって解析される有限要素部６１と、有限要素部６１の両側の端面に設定された剛体からなる平板状部材６２と、平板状部材６２に一端が固定され有限要素部６１の中心軸上に有限要素部６１の反対側に延設されたビーム（ｂｅａｍ）要素６３とを備えている。なお、有限要素部６１の長さＬ２１１（ここでは、長さＬ２１１＝６００ｍｍ）と、２つのビーム要素６３の長さＬ２１２（ここでは、長さＬ２１２＝１４０ｍｍ）との和は、横梁部４１の中央部の領域の長さＬ２１（ここでは、長さＬ２１＝８８０ｍｍ）と一致している。
【００４５】
作用力付与部６ｂは、仮想井桁構造体４の重心位置に設定された質点６６と、ビーム要素６３の有限要素部６１の反対側の端点に設定されたバネモデル６４と、バネモデル６４及び質点６６を端点とする直線状剛体６５とを備えている。
【００４６】
図３（ｂ）に示すように、有限要素部６１は、所定の大きさ（ここでは、一辺が長さＬ４（例えば、長さＬ４＝５ｍｍ）の立方体）の有限要素に分割されており、有限要素部６１のＸ軸方向の両側の端面は、剛体からなる平板状部材６２に固定されている。平板状部材６２は、有限要素部６１の両側の端面に設定された平板状の剛体からなるものであって、仮想的に厚み及び質量を有さない（厚み及び質量が「０」である）ものである。ビーム要素６３は、有限要素部６１のＸ軸方向の両側の端面の中心位置に平板状部材６２を介して有限要素部６１と接続されたものであって、作用力付与部６ｂからの作用力を平板状部材６２を介して有限要素部６１に伝達するものである。
【００４７】
バネモデル６４は、Ｘ軸方向の変位に応じて所定の大きさのＸ軸方向の作用力を発生する変位バネ（以下、Ｘ軸変位バネ６４ａという：図９参照）と、Ｚ軸周りの回転角に応じて所定の大きさのＺ軸周りの作用モーメントを発生する回転バネ（以下、Ｚ軸回転バネ６４ｂという：図１０参照）とを備え、ビーム要素６３の有限要素部６１と反対側の端点の回転及び変位を規制するものであって、ビーム要素６３及び平板状部材６２を介して有限要素部６１のＸ軸方向の端面の変位及び回転を規制するものである。
【００４８】
バネモデル６４は、（ｃ）に示すように、バネモデル６４の一方の端点６４１においてビーム要素６３の一端と接続され、バネモデル６４の他方の端点６４２において直線状剛体６５の一端と接続されている。ここでは、便宜上、バネモデル６４が所定の大きさを有するように表記しているが、初期状態（仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する前）においては、端点６４１と端点６４２とは同一位置に存在する点である。
【００４９】
直線状剛体６５は、一方の端点が質点６６に接続され、他方の端点がバネモデル６４に接続された所定の長さを有する直線状の剛体である。質点６６は、仮想井桁構造体４の重心位置に設定された所定の質量（ここでは、井桁構造体２の質量と同じ１００ｋｇ）を有するものである。
【００５０】
図４は、シミュレーション装置１の一例を示すハード構成図である。シミュレーション装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ、エンジニアリングワークステーション（ＥＷＳ）、スーパーコンピュータ等からなり、シミュレーション装置１の全体の動作を制御する制御部１１と、外部からの操作を受け付ける図略のキーボード、マウス等からなる操作部１２と、外部に音声を出力するスピーカ１３と、外部に画像を出力するモニタ１４と、種々の情報を格納するＨＤＤ１５と、種々の情報を記録用紙に印刷するプリンタ１６とがデータ伝送路であるバスＢＡ１を介して接続されている。
【００５１】
制御部１１は、シミュレーション装置１の全体の動作を制御するもので、情報処理部（ＣＰＵ）１１１と、処理途中の情報等を一時的に格納するＲＡＭ１１２と、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）、シミュレーション用のプログラム及び所定の画像情報等が予め記憶されたＲＯＭ１１３とを備えている。ＲＡＭ１１２またはＲＯＭ１１３に記憶された各種データのうち装着脱可能な記録媒体に記憶され得るデータは、例えばハードディスクドライブ、光ディスクドライブ、フレキシブルディスクドライブ、シリコンディスクドライブ、カセット媒体読み取り機等のドライバで読み取り可能にしてもよく、この場合、記録媒体は、例えばハードディスク、光ディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、半導体メモリ等である。
【００５２】
インターフェイス部１２１、１５１は、それぞれ操作部１２及びＨＤＤ１５との間のデータの授受を行うためのものである。音声再生部１３１は、制御部１１からの指示に従って所定の音声（例えば、アラーム、操作ガイダンス用の音声）等をスピーカ１３に出力するものである。描画処理部１４１は、制御部１１からの画像表示指示に従って所要の画像をモニタ１４に表示させるもので、ビデオＲＡＭ等を備えている。
【００５３】
なお、シミュレーション用のプログラムは、ＲＯＭ１１３上に記録されており、ＲＡＭ１１２上にロードされ、ＣＰＵ１１１によりＲＡＭ１１２上のプログラムが順次実行されることによって後述するデータ抽出部１１１ａ等のそれぞれの機能が実現される。
【００５４】
図５は、制御部１１の一例を示す機能構成図である。制御部１１のＣＰＵ１１１は、図３に示すバネモデル６４のバネ特性を求めるために使用するデータを後述する全体シミュレーション結果記憶部１１２ａから抽出するデータ抽出部１１１ａと、図３に示すバネモデル６４のバネ特性を算出するバネ特性算出部１１１ｂと、算出されたバネ特性を所定の関数を用いて近似するバネ特性近似部１１１ｃと、シミュレーション条件を設定する解析条件設定部１１１ｄと、シミュレーションを実行する解析実行部１１１ｅとを備えている。
【００５５】
制御部１１のＲＡＭ１１２は、全体シミュレーションの結果を格納する全体シミュレーション結果記憶部１１２ａと、データ抽出部１１１ａよって抽出されたデータを格納する境界面データ記憶部１１２ｂと、バネ特性近似部１１１ｃによって求められたバネ特性の近似曲線を規定するデータを格納するバネ特性記憶部１１２ｃと、解析実行部１１１ｅによってシミュレーションが実行されて得られた結果を格納する解析結果記憶部１１２ｄとを備えている。
【００５６】
全体シミュレーション結果記憶部１１２ａは、全体シミュレーションの結果を予め格納するものである。具体的には、全体シミュレーション結果記憶部１１２ａは、仮想剛体５の質量Ｍが２００ｋｇである場合の全体シミュレーションの結果として、仮想井桁構造体４（少なくとも横梁部４１の有限要素解析部４３を含む）を構成する各有限要素に含まれる各節点の各計算時刻における位置及び応力を予め格納するものである。
【００５７】
データ抽出部１１１ａは、全体シミュレーション結果記憶部１１２ａから図３に示すバネモデル６４のバネ特性を求めるために使用するデータを抽出して、境界面データ記憶部１１２ｂに格納するものである。具体的には、データ抽出部１１１ａは、全体シミュレーション結果記憶部１１２ａから有限要素解析部４３の境界面の位置（横梁部４１の中央部の長さＬ２１の領域のＸ軸方向の端面位置：図２参照）に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力を抽出して、境界面データ記憶部１１２ｂに格納するものである。
【００５８】
境界面データ記憶部１１２ｂは、データ抽出部１１１ａよって抽出されたデータを格納するものである。具体的には、境界面データ記憶部１１２ｂは、全体シミュレーションの結果として得られる、有限要素解析部４３の境界面の位置に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力を格納するものである。
【００５９】
バネ特性算出部１１１ｂは、境界面データ記憶部１１２ｂから有限要素解析部４３の境界面の位置に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力を読み出して、図３に示すバネモデル６４のバネ特性を算出するものである。ここで、バネモデル６４は、図３を用いて説明したようにＸ軸変位バネ６４ａとＺ軸回転バネ６４ｂとから構成されるため、バネ特性算出部１１１ｂは、Ｘ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのそれぞれのバネ特性を算出するものである。
【００６０】
バネ特性近似部１１１ｃは、バネ特性算出部１１１ｂによって算出されたＸ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を、所定の関数を用いて近似して、その結果をバネ特性記憶部１１２ｃに格納するものである。ここでは、バネ特性近似部１１１ｃは、バネ特性を折れ線を用いて近似する場合について説明するが、その他の関数（例えば、高次方程式、スプライン関数）等を用いて近似する形態でもよい。
【００６１】
バネ特性記憶部１１２ｃは、バネ特性近似部１１１ｃによって求められたバネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性の近似曲線（ここでは、折れ線）を格納するものである。
【００６２】
解析条件設定部１１１ｄは、外部からの入力を受け付けて、シミュレーション条件を設定するものである。具体的には、解析条件設定部１１１ｄは、操作部２２からの入力を受け付けて、シミュレーション条件として、ここでは、仮想剛体５の質量Ｍを設定するものである。
【００６３】
解析実行部１１１ｅは、解析条件設定部１１１ｄによって設定されたシミュレーション条件に基づいて図３に示すシミュレーションモデル及びバネ特性記憶部１１２ｃに格納されたバネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を用いてシミュレーションを実行するものである。解析結果記憶部１１２ｄは、解析実行部１１１ｅによってシミュレーションが実行されて得られた結果を格納するものである。
【００６４】
図６は、シミュレーション装置１（制御部１１）の動作の一例を表すフローチャートである。まず、データ抽出部１１１ａよって、全体シミュレーション結果記憶部１１２ａから有限要素解析部４３の境界面の位置に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力が抽出され、境界面データ記憶部１１２ｂに格納される（ステップＳ１０１）。そして、バネ特性算出部１１１ｂによって、境界面データ記憶部１１２ｂから有限要素解析部４３の境界面の位置に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力が読み出されて、境界面の各計算時刻におけるＸ軸方向の変位Ｄｘ及び作用力Ｆｘが算出される（ステップＳ１０３）。つぎに、バネ特性算出部１１１ｂによって、境界面の各計算時刻におけるＸ軸方向の変位Ｄｘ及び作用力Ｆｘを用いてバネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａのバネ特性が算出される（ステップＳ１０５）。次いで、バネ特性近似部１１１ｃによって、バネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａのバネ特性が折れ線近似され、近似曲線である折れ線がバネ特性記憶部１１２ｃに格納される（ステップＳ１０７）。
【００６５】
そして、バネ特性算出部１１１ｂによって、境界面データ記憶部１１２ｂから有限要素解析部４３の境界面の位置に設定された各節点の各計算時刻における位置及び応力が読み出されて、境界面の各計算時刻におけるＺ軸周りの回転角θｚ及び作用モーメントＭｚが算出される（ステップＳ１０９）。つぎに、バネ特性算出部１１１ｂによって、境界面の各計算時刻におけるＺ軸周りの回転角θｚ及び作用モーメントＭｚを用いてバネモデル６４を構成するＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性が算出される（ステップＳ１１１）。次いで、バネ特性近似部１１１ｃによって、バネモデル６４を構成するＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性が折れ線近似され、近似曲線である折れ線がバネ特性記憶部１１２ｃに格納される（ステップＳ１１３）。
【００６６】
そして、解析条件設定部１１１ｄによって、外部からの入力が受け付けられて、仮想剛体５の質量Ｍがシミュレーション条件として設定される（ステップＳ１１５）。つぎに、解析実行部１１１ｅによって、ステップＳ１１５で設定されたシミュレーション条件（仮想剛体５の質量Ｍ）に基づいて図３に示すシミュレーションモデル及びバネ特性記憶部１１２ｃに格納されたバネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を用いてシミュレーションが実行され、シミュレーション結果が解析結果記憶部１１２ｄに格納されて（ステップＳ１１７）、処理が終了される。
【００６７】
図７は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０３で算出される有限要素解析部４３の境界面の各計算時刻におけるＸ軸方向の変位Ｄｘ及び作用力Ｆｘの一例を示すグラフである。（ａ）は、変位Ｄｘの変化を示すグラフであり、（ｂ）は、作用力Ｆｘの変化を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）において、横軸は仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔである。
【００６８】
図８は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０５で算出されるＸ軸変位バネ６４ａのバネ特性の一例を示すグラフである。図の横軸および縦軸は、それぞれＸ軸方向の変位Ｄｘ及び作用力Ｆｘである。なお、図の第１象限にある一点鎖線で示すグラフＧ１は、各計算時刻の（時間Ｔの各値に対応する）図７の（ａ）に示す変位Ｄｘと図７の（ｂ）に示す作用力Ｆｘとをプロットしたものである。また、図の第３象限にあるグラフＧ１は、第１象限にあるグラフＧ１を原点について対称となるように折り返したものである。更に、図中の折れ線グラフＧ１０は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０７において、バネ特性近似部１１１ｃによってＸ軸変位バネ６４ａのバネ特性を表すグラフＧ１が折れ線近似されたものである。
【００６９】
図９は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０７で算出される有限要素解析部４３の境界面の各計算時刻におけるＺ軸周りの回転角θｚ及び作用モーメントＭｚの一例を示すグラフである。（ａ）は、回転角θｚの変化を示すグラフであり、（ｂ）は、作用モーメントＭｚの変化を示すグラフである。（ａ）、（ｂ）において、横軸は仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔである。
【００７０】
図１０は、図６に示すフローチャートのステップＳ１０９で算出されるＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性の一例を示すグラフである。図の横軸および縦軸は、それぞれＺ軸周りの回転角θｚ及び作用モーメントＭｚである。なお、図の第１象限にある一点鎖線で示すグラフＧ２は、各計算時刻の（時間Ｔの各値に対応する）図９の（ａ）に示す回転角θｚと図９の（ｂ）に示す作用モーメントＭｚとをプロットしたものである。また、図の第３象限にあるグラフＧ２は、第１象限にあるグラフＧ２を原点について対称となるように折り返したものである。更に、図中の折れ線グラフＧ２０は、図６に示すフローチャートのステップＳ１１３において、バネ特性近似部１１１ｃによってＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を表すグラフＧ２が折れ線近似されたものである。
【００７１】
また、Ｚ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を表すグラフＧ２のバネ特性近似部１１１ｃによる近似精度がシミュレーション精度に及ぼす影響を評価するため、Ｚ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を表すグラフＧ２をグラフＧ２１、Ｇ２２でそれぞれ近似する場合について、シミュレーションを行う。グラフＧ２１は、バネ定数Ｋが３０００００Ｎｍｍ／°の場合であり、グラフＧ２２は、θが−１°以上で且つ１°以下の範囲内においてバネ定数Ｋが６００００００Ｎｍｍ／°であり、θが−１°以下または１°以下の範囲内においては、作用モーメントＭｚが６００００００Ｎｍｍとなる場合である。
【００７２】
以下に、図３に示すシミュレーションモデルを用いて３種類の条件（以下の、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件）でシミュレーションを行った結果について説明する。Ｘ軸変位バネ６４ａのバネ特性は、図８に示すグラフＧ１０を用いる。Ｚ軸回転バネ６４ｂのバネ特性として、図１０に示すグラフＧ２０を用いるシミュレーション条件を、以下の説明では、基本条件という。また、Ｚ軸回転バネ６４ｂのバネ特性として、図１０に示すグラフＧ２１、グラフＧ２２を用いるシミュレーション条件を、以下の説明では、それぞれ第１比較条件、第２比較条件という。
【００７３】
図１１は、仮想剛体５の質量Ｍが２００ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。以下の説明においては、シミュレーション精度を評価する指標として、仮想剛体５の変位の、図３に示すシミュレーションモデルの質点６６の変位に対する差分である侵入量Δｙを用いる。なお、仮想剛体５の質量Ｍが２００、１００、５０ｋｇである場合の侵入量Δｙを、それぞれ侵入量Δｙ２００、Δｙ１００、Δｙ５０と記述する。図１１に示すグラフの横軸は、仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔであり、縦軸は、侵入量Δｙ２００である。
【００７４】
一点鎖線で示すグラフＧ３は、全体シミュレーションの結果であり、それぞれ破線、実線、２点鎖線で示すグラフＧ３０、Ｇ３１、Ｇ３２は、それぞれ基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーションの結果である。グラフＧ３０は、グラフＧ３と近似した挙動を示しているのに対して、グラフＧ３１及びグラフＧ３２はグラフＧ３に対して、侵入量Δｙ２００が最大値となる時刻が異なると共に、侵入量Δｙ２００が最大値となった後の侵入量Δｙ２００の減少量がはるかに大きく、グラフＧ３とは乖離している。
【００７５】
図１２は、全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果（有限要素部６１の変形状態）の一例を示す図表である。上から順に、全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果を示し、左から順に、仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔが２０、２５、４０ｍｓｅｃのシミュレーション結果を示している（図１１参照）。図１２に示すように、基本条件及び第１比較条件でのシミュレーション結果の変形状態は、全体シミュレーションのシミュレーション結果の変形状態と類似しているが、第２比較条件でのシミュレーション結果の変形状態は、全体シミュレーションのシミュレーション結果の変形状態とは異なり、変形領域が広く且つ、時間Ｔが４０ｍｓｅｃにおいては、仮想剛体５と有限要素部６１とが離間する形態となっている。
【００７６】
図１３は、仮想剛体５の質量Ｍが１００ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１３に示すグラフの横軸は、仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔであり、縦軸は、侵入量Δｙ１００である。一点鎖線で示すグラフＧ４は、全体シミュレーションの結果であり、それぞれ破線、実線、２点鎖線で示すグラフＧ４０、Ｇ４１、Ｇ４２は、それぞれ基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーションの結果である。グラフＧ４０は、グラフＧ４と近似した挙動を示しているのに対して、グラフＧ４１及びグラフＧ４２はグラフＧ４に対して、侵入量Δｙ１００が最大値となる時刻が異なると共に、侵入量Δｙ１００が最大値となった後の侵入量Δｙ１００の減少量がはるかに大きく、グラフＧ４とは乖離している。
【００７７】
図１４は、仮想剛体５の質量Ｍが５０ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１４に示すグラフの横軸は、仮想剛体５が有限要素部６１に衝突する時点を原点とする時間Ｔであり、縦軸は、侵入量Δｙ５０である。一点鎖線で示すグラフＧ５は、全体シミュレーションの結果であり、それぞれ破線、実線、２点鎖線で示すグラフＧ５０、Ｇ５１、Ｇ５２は、それぞれ基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーションの結果である。グラフＧ５０は、グラフＧ５と近似した挙動を示しているのに対して、グラフＧ５１及びグラフＧ５２はグラフＧ５に対して、侵入量Δｙ５０が最大値となる時刻が異なると共に、侵入量Δｙ５０が最大値となった後の侵入量Δｙ５０の減少量がはるかに大きく、グラフＧ５とは乖離している。
【００７８】
図１５は、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件のシミュレーション精度を比較するためのグラフである。図１５に示すグラフの横軸は、仮想剛体５の質量Ｍであり、縦軸は、侵入量Δｙの最大値である最大侵入量Δｙｍａｘである。一点鎖線で示すグラフＧ６は、全体シミュレーションの結果であり、それぞれ破線、実線、２点鎖線で示すグラフＧ６０、Ｇ６１、Ｇ６２は、それぞれ基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーションの結果である。グラフＧ６０は、グラフＧ６と近似した挙動を示しているのに対して、グラフＧ６１及びグラフＧ６２は、グラフＧ６と傾きも大きさも異なっている。
【００７９】
図１５に示すように、図１０に示すＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を表すグラフＧ２の近似精度がシミュレーション精度に及ぼす影響は大きいため、特性近似部１１１ｃは、Ｚ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を正確に近似する必要がある。逆に、図３に示すバネモデル６４を構成するＸ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂのバネ特性を正確に近似する場合（上述の基本条件でのシミュレーションの場合）には、図３に示すシミュレーションモデルを用いて正確なシミュレーションを行うことが可能である。
【００８０】
このようにして、有限要素解析部４３の境界面における境界条件がバネモデル６４を用いて設定されるため、境界条件の自由度が高められ、計算時間が短く、且つ、広範囲のシミュレーション条件において高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８１】
また、バネモデル６４によって有限要素解析部４３の境界面の変位及び回転が規制されるため、広範囲のシミュレーション条件において高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８２】
更に、有限要素解析部４３の境界面の変位及び回転をそれぞれ規制する変位バネモデル及び回転バネモデル（ここでは、Ｘ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂ）が適正に且つ容易に設定されるため、広範囲のシミュレーション条件において高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８３】
加えて、有限要素解析部４３の境界面が、全体シミュレーションにおいて変形が所定範囲以下の領域内に設定されるため、有限要素解析部４３の境界面が変位バネモデル及び回転バネモデル（ここでは、Ｘ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂ）によって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８４】
また、有限要素部６１の端面に平板状部材６２が配設されており、有限要素部６１の端面にバネモデル６４からの応力が適度に分散して作用するため、有限要素部６１の端面がビーム要素６３を介してバネモデル６４（ここでは、Ｘ軸変位バネ６４ａ及びＺ軸回転バネ６４ｂ）によって規制されていることに伴うシミュレーション精度の低下が回避（又は抑制）され、高精度のシミュレーション結果が得られるシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８５】
更に、座標軸を適正に設定しているため、バネモデル６４は、仮想井桁構造体４の対称性等から、Ｘ軸方向の作用力を発生する変位バネであるＸ軸変位バネ６４ａと、Ｚ軸周りの作用モーメントを発生する回転バネであるＺ軸回転バネ６４ｂとによって、シミュレーション精度の低下をきたすことなく表現することが可能となっている。すなわち、バネモデル６４に、Ｙ軸及びＺ軸方向の作用力を発生する変位バネと、Ｘ軸及びＹ軸周りの作用モーメントを発生する回転バネとを含ませることなく、短い計算時間で正確なシミュレーションを行うことが可能となる。
【００８６】
つぎに、図１６〜図１９を用いて、別のシミュレーションの対象について本発明のシミュレーション方法を適用する場合について説明する。図１６は、別のシミュレーションの対象の一例を示す概念図（平面図）である。シミュレーションの対象は、自動車７の側面に台車８が所定の速度で衝突する場合の自動車７の変形を求めることである。
【００８７】
図１７は、自動車７のボディー部の一例を示す構成図である。（ａ）は、ボディー部７１の全体の斜視図であり、（ｂ）は、センターピラー７１１を含む側面図である。（ｂ）に示すように台車８が衝突するセンターピラー７１１は、上端がルーフサイドレール７１２に溶接等の方法で固定され、下端がロッカー部７１３に固定されている。なお、自動車７の衝突安全性は、座席に座った状態での人間の胸部に対応する胸位置Ｐ１と、腰部に対応する腰位置Ｐ２との侵入量、及び、これらの侵入量差ΔＷＣで評価される。ここで、胸位置Ｐ１と腰位置Ｐ２との距離Ｌ７２は、例えば３９４ｍｍであり、腰位置Ｐ２とロッカー部７１３の下端との距離Ｌ７１は、例えば４０４ｍｍであり。
【００８８】
図１８は、自動車７のシミュレーションモデルの一例を示す概念図である。（ａ）は、自動車７の前方からみた場合のシミュレーションモデルの概念図であり、（ｂ）は、自動車７の側方からみた場合のシミュレーションモデルの概念図である。なお、図の下部にＸＹＺ直交座標系からなる座標軸を記載している。
【００８９】
シミュレーションにおいては、台車８は所定の形状を有する剛体からなる台車モデル８０として表わされる。また、図に示すように、自動車７に対応する自動車モデル９０は、センターピラー７１１とルーフサイドレール７１２及びロッカー部７１３の一部とに対応する形状を有する有限要素部９１と、有限要素部９１のルーフサイドレール７１２及びロッカー部７１３に対応する４箇所の端面に設定された剛体からなる平板状部材９２と、ルーフサイドレール７１２の一部に対応する位置に設定された２つの平板状部材９２に一端が固定されＸ軸方向に有限要素部９１の反対側に延設された２つのビーム（ｂｅａｍ）要素９３ａ、９３ｂとを備えている。
【００９０】
ビーム要素９３ａ、９３ｂの有限要素部９１の反対側の端点位置及びロッカー部７１３の一部に対応する位置に設定された２つの平板状部材９２の中心位置にはそれぞれバネモデル９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄが設定されている。バネモデル９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄは、直線状剛体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの一端に接続されており、直線状剛体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの他端は自動車モデル９０の重心位置に設定された質点９６に接続されている。
【００９１】
バネモデル９４ａ、９４ｂは、Ｘ軸方向の変位に応じて所定の大きさのＸ軸方向の作用力を発生する変位バネと、Ｘ軸周りの回転角に応じて所定の大きさのＸ軸周りの作用モーメントを発生する回転バネとから構成されており、バネモデル９４ｃ、９４ｄは、Ｘ軸方向の変位に応じて所定の大きさのＸ軸方向の作用力を発生する変位バネと、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの回転角に応じてそれぞれ所定の大きさのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの作用モーメントを発生する回転バネとから構成されている。つまり、バネモデル９４ａ、９４ｂは、それぞれ１個の変位バネと１個の回転バネとで構成されており、バネモデル９４ｃ、９４ｄは、それぞれ１個の変位バネと３個の回転バネとで構成されている。
【００９２】
図１９は、シミュレーション結果の一例を示すグラフである。グラフの横軸は、台車モデル８０が自動車モデル９０に衝突した時点を原点とする時間ＴＣであり、縦軸は、図１７を用いて説明した侵入量差ΔＷＣ（胸位置Ｐ１の侵入量と腰位置Ｐ２の侵入量との差）である。グラフＧ７は、自動車７の全体を所定の大きさ（例えば、一辺が５ｍｍの立方体）の有限要素に分割して、弾塑性有限要素法を用いてシミュレーション（全体シミュレーションという）を行った結果であり、グラフＧ７０は、図１８に示すシミュレーションモデルを用いてシミュレーションを行った結果である。両者は、良く一致しており、図１８に示す本発明に係るシミュレーションモデルを用いたシミュレーション方法によって正確にシミュレートすることが可能であることが分かる。
【００９３】
なお、本発明は以下の形態をとることができる。
【００９４】
（Ａ）本実施形態においては、シミュレーションモデル６が有限要素部６１とバネモデル６４との間にビーム要素６３を備える場合について説明したが、有限要素部６１とバネモデル６４とが直接接続されている形態でもよい。この場合には、ビーム要素６３を設定することに伴うシミュレーション精度の低下が抑制される。
【００９５】
（Ｂ）本実施形態においては、バネモデル６４がＸ軸変位バネ６４ａとＺ軸回転バネ６４ｂとからなる場合について説明したが、バネモデル６４がＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸変位バネ及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回転バネの少なくとも１つを備える形態でもよい。バネモデル６４を構成する変位バネ及び回転バネの個数が多い程、シミュレーション精度を向上することが可能となる。逆に、バネモデル６４を構成する変位バネ及び回転バネの個数が少ない程、計算時間を短縮することが可能となる。
【００９６】
（Ｃ）本実施形態においては、シミュレーション対象が２つの物体の衝突である場合について説明したが、その他の対象についても本発明に係るシミュレーション方法を適用することができる。例えば、プレス加工、押し出し加工等の外力が比較的長い時間にわたって作用する形態にも本発明に係るシミュレーション方法を好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】シミュレーションの対象となる構造物の一例を示す概念図（平面図）である。
【図２】図１に示す井桁構造体の横梁の中央部の変形形状の一例を示す図である。
【図３】本発明に係るシミュレーション方法が適用される仮想井桁構造体のシミュレーションモデルの一例を示す概念図である。
【図４】シミュレーション装置の一例を示すハード構成図である。
【図５】制御部の一例を示す機能構成図である。
【図６】シミュレーション装置（制御部）の動作の一例を表すフローチャートである。
【図７】図６に示すフローチャートのステップＳ１０３で算出される有限要素解析部の境界面の各計算時刻におけるＸ軸方向の変位Ｄｘ及び作用力Ｆｘの一例を示すグラフである。
【図８】図６に示すフローチャートのステップＳ１０５で算出されるＸ軸変位バネのバネ特性の一例を示すグラフである。
【図９】図６に示すフローチャートのステップＳ１０７で算出される有限要素解析部の境界面の各計算時刻におけるＺ軸周りの回転角θｚ及び作用モーメントＭｚの一例を示すグラフである。
【図１０】図６に示すフローチャートのステップＳ１０９で算出されるＺ軸回転バネのバネ特性の一例を示すグラフである。
【図１１】仮想剛体の質量Ｍが２００ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図１２】全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果（有限要素部の変形状態）の一例を示す図表である。
【図１３】仮想剛体の質量Ｍが１００ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図１４】仮想剛体５の質量Ｍが５０ｋｇである場合の全体シミュレーション、基本条件、第１比較条件及び第２比較条件でのシミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【図１５】基本条件、第１比較条件及び第２比較条件のシミュレーション精度を比較するためのグラフである。
【図１６】別のシミュレーションの対象の一例を示す概念図（平面図）である。
【図１７】自動車のボディー部の一例を示す構成図である。
【図１８】自動車のシミュレーションモデルの一例を示す概念図である。
【図１９】シミュレーション結果の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１  シミュレーション装置
１１  制御部
１１１  ＣＰＵ
１１１ａ  データ抽出部
１１１ｂ  バネ特性算出部
１１１ｃ  バネ特性近似部
１１１ｃ  特性近似部
１１１ｄ  解析条件設定部
１１１ｅ  解析実行部
１１２  ＲＡＭ
１１２ａ  全体シミュレーション結果記憶部
１１２ｂ  境界面データ記憶部
１１２ｃ  バネ特性記憶部
１１２ｄ  解析結果記憶部
１１３  ＲＯＭ
６  シミュレーションモデル
６１  有限要素部
６２  平板状部材
６３  ビーム要素
６４  バネモデル
６４ａ  Ｘ軸変位バネ
６４ｂ  Ｚ軸回転バネ
６５  直線状剛体
６６  質点
【図１】
2006004258.tif 000003
【図２】
2006004258.tif 000004
【図３】
2006004258.tif 000005
【図４】
2006004258.tif 000006
【図５】
2006004258.tif 000007
【図６】
2006004258.tif 000008
【図７】
2006004258.tif 000009
【図８】
2006004258.tif 000010
【図９】
2006004258.tif 000011
【図１０】
2006004258.tif 000012
【図１１】
2006004258.tif 000013
【図１２】
2006004258.tif 000014
【図１３】
2006004258.tif 000015
【図１４】
2006004258.tif 000016
【図１５】
2006004258.tif 000017
【図１６】
2006004258.tif 000018
【図１７】
2006004258.tif 000019
【図１８】
2006004258.tif 000020
【図１９】
2006004258.tif 000021